[논문]태양전지 모듈의 신뢰성 평가

김근수

doi:10.6117/kmeps.2012.19.2.001

태양전지 모듈의 신뢰성 평가
Reliability Evaluation for Photovoltaic Modules 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.19 no.2, 2012년, pp.1 - 5

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Long-term reliability of Si photovoltaic modules is a crucial issue for the cost-reduction on the power-supply system. To elevate this reliability, several environmental tests have been created as qualification and certification procedures. This paper gives an overview about recent researches of rel...

주제어

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문제 정의

에서 전자패키지의 다양한 신뢰성 평가기술에 대해 소개하였다. 본고에서는 고 신뢰성 태양전지 모듈의 개발 및 평가 컨소시엄 활동³⁾의 일환으로 진행된, 태양전지 모듈의 고장현상 및 시험방법과 단기간에 열피로 수명을 평가하는 방법에 대한 연구 중에서, 스트레스 강도를 높인 열 사이클 시험 (급속 온도사이클 시험)에 의한 태양전지 모듈의 가속시험 평가사례^7-9)를 간략히 소개하고자 한다.
주택 또는 건물용 태양전지시스템의 경우, 실외에 설치하여 20여 년간 사용하게 되므로, 태양전지 모듈은 높은 신뢰성과 긴 수명이 요구되고 있으며, 이를 뒷받침하기 위한 다양한 신뢰성 평가방법이 개발되고 있다. 본고에서는 실리콘(Si)계 태양전지 모듈의 신뢰성 평가 방법에 대해 살펴보고자 한다.
태양광발전시스템에 대한 수요가 늘어나면서 제품개발의 단기화가 요구되고 있어 높은 신뢰성을 확보하기 위해서는 고장을 조기에 판단하여 미연에 방지하는 기술이 중요하다. 본고에서는 태양전지 모듈의 신뢰성 평가사례로 시험 중의 전기적 특성을 연속 모니터링 함으로서 셀과 인터커넥터의 솔더 접합부 고장을 판단하고, 스트레스 강도를 높여 종래의 규격시험에 비해 단기간에 열피로 수명을 평가할 수 있는 방법에 대해 소개하였다. 태양광 모듈의 장기 신뢰성 확보와 보다 정확한 수명예측을 위해서는 신뢰성 평가를 위한 다양한 접근이 필요한 시기이다.

가설 설정

이 장비는 내부를 진공상태로 하여 가열하는 것으로, 가열에 의해 EVA 시트가 녹아 태양전지가 글라스에 붙게 된다.¹⁾ 이렇게 조립된 모듈은 전기전자 기기에서와 유사한 방식으로 수명 예측을 위한 신뢰성 시험을 거치게 된다.

제안 방법

3) 태양광발전 기술연구조합과 9개의 단체가 협력기관으로 참가하여 1년 6개월에 걸쳐 의견교환을 진행하였다. 태양전지 모듈의 신뢰성 향상과 장수명화를 위해, 화학업체, 부재업체를 중심으로 태양전지 모듈의 신뢰성, 수명의 지배적 요인인 모듈주변 부재에 대해 검토하여 새로운 모듈부재 및 구조의 유용성을 검증하였다.
고장원인을 조사하기 위해 서모 카메라를 이용하여 발열부위를 탐색하였다. 그 결과를 Fig.
시험 전후의 태양광 발전성능을 비교하기 위해 솔라 시뮬레이터(solar simulator: SPI-SUN Simulator, Spire, 1116N)로 전류전압 특성(I-V 특성)을 측정하였다. 또한 고장원인을 조사하기 위해 서모 카메라(thermo camera: Thermo Tracer, NEC Avio, TVS-500)를 이용하여 발열 부분의 위치를 탐색하였다.
6에서 흰색으로 나타난 부분). 발열의 원인을 찾기 위해 온도상승부위의 단면 조직 관찰을 실시하였다. Fig.
태양전지 모듈의 열사이클 시험은 급속 열사이클 챔버(ESPEC, TSA-101S)를 이용하였으며, 시험온도 구간은 봉지재의 변성온도를 고려하여 90℃ 이하로 하여, IEC-61215와 같은 -40~85℃로 설정하였다. 스트레스 강도는 IEC-61215에 설정된 온도변화율(100℃/h 이하)과 비교하여 급속한 온도변화율(약 400℃/h)를 적용하여 높게 설정하였다. 또한 시험사이클 수는 500 사이클로 실시하였다.
3). 시험 전후의 태양광 발전성능을 비교하기 위해 솔라 시뮬레이터(solar simulator: SPI-SUN Simulator, Spire, 1116N)로 전류전압 특성(I-V 특성)을 측정하였다. 또한 고장원인을 조사하기 위해 서모 카메라(thermo camera: Thermo Tracer, NEC Avio, TVS-500)를 이용하여 발열 부분의 위치를 탐색하였다.
또한 시험사이클 수는 500 사이클로 실시하였다. 시험 중의 전기저항의 측정은 4단자법^7,10)을 이용하여 태양전지 모듈의 직렬저항치를 1분당 1회로 연속측정(ESPEC, AMR-040-PA)하여 열화거동을 확인하였다(Fig. 3). 시험 전후의 태양광 발전성능을 비교하기 위해 솔라 시뮬레이터(solar simulator: SPI-SUN Simulator, Spire, 1116N)로 전류전압 특성(I-V 특성)을 측정하였다.
³⁾ 태양광발전 기술연구조합과 9개의 단체가 협력기관으로 참가하여 1년 6개월에 걸쳐 의견교환을 진행하였다. 태양전지 모듈의 신뢰성 향상과 장수명화를 위해, 화학업체, 부재업체를 중심으로 태양전지 모듈의 신뢰성, 수명의 지배적 요인인 모듈주변 부재에 대해 검토하여 새로운 모듈부재 및 구조의 유용성을 검증하였다. 특히 이 컨소시엄에서는 태양전지 모듈을 수년~수십 년간 실외에 노출시켜 태양전지 성능의 변화, 태양전지 모듈의 외관 및 사용부재의 열화, 손상 등의 상태를 관찰하는 장기 실외노출 시험과 태양전지 모듈을 온도, 습도, 광조사 강도 등 인공적인 일정 조건에 노출시켜 태양전지의 성능 및 부재의 변화를 측정하는 가속열화 시험의 결과를 비교, 검토하였다.
솔더는 Sn-Pb, 봉지재는 EVA, T/P/T(Tedlar®/Polyester/Tedlar®) 백 시트를 이용하였다. 태양전지 모듈의 열사이클 시험은 급속 열사이클 챔버(ESPEC, TSA-101S)를 이용하였으며, 시험온도 구간은 봉지재의 변성온도를 고려하여 90℃ 이하로 하여, IEC-61215와 같은 -40~85℃로 설정하였다. 스트레스 강도는 IEC-61215에 설정된 온도변화율(100℃/h 이하)과 비교하여 급속한 온도변화율(약 400℃/h)를 적용하여 높게 설정하였다.
태양전지 모듈의 신뢰성 향상과 장수명화를 위해, 화학업체, 부재업체를 중심으로 태양전지 모듈의 신뢰성, 수명의 지배적 요인인 모듈주변 부재에 대해 검토하여 새로운 모듈부재 및 구조의 유용성을 검증하였다. 특히 이 컨소시엄에서는 태양전지 모듈을 수년~수십 년간 실외에 노출시켜 태양전지 성능의 변화, 태양전지 모듈의 외관 및 사용부재의 열화, 손상 등의 상태를 관찰하는 장기 실외노출 시험과 태양전지 모듈을 온도, 습도, 광조사 강도 등 인공적인 일정 조건에 노출시켜 태양전지의 성능 및 부재의 변화를 측정하는 가속열화 시험의 결과를 비교, 검토하였다.

대상 데이터

솔더는 Sn-Pb, 봉지재는 EVA, T/P/T(Tedlar®/Polyester/Tedlar®) 백 시트를 이용하였다.
Table 2에 본 연구에 사용한 시험편과 시험조건을 나타내었다. 시험편은 다결정 실리콘 태양전지 셀 9개를 접속한 태양전지 모듈을 이용하였다. 솔더는 Sn-Pb, 봉지재는 EVA, T/P/T(Tedlar®/Polyester/Tedlar®) 백 시트를 이용하였다.

성능/효과

2) 태양전지 모듈은 주로 실외에서 사용하기 때문에 온도, 습도 뿐만 아니라 자외선에 의한 열화에 견뎌야 할 필요가 있다. 또한 모듈을 구성하는 각종 패키지, 충진재, 백 시트, 배선 등에 다양한 소재가 사용되고 있고, 각 소재가 모듈 전체의 신뢰성에 미치는 영향을 고려해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양전지 모듈이란?	하나의 태양전지(셀, cell)를 여러 개 연결한 것을 태양전지 모듈(module)이라고 하고, 일정의 전압과 전류를 얻는데 필요한 수만큼 모듈을 직렬 또는 병렬로 접속하여 배열한 것을 태양전지 어레이(array) 또는 패널(panel)이라고 한다. 전력용 결정 실리콘 태양전지 모듈의 구조는 일반적으로 슈퍼스트레이트(superstrate)로, 빛을 받는 면은 글라스 등의 투명기판을 지지기판으로 하고, 그 아래에 투명한 충진재료와 백 시트(back sheet)를 이용하여 태양전지를 봉입한 후, 주위에 틀을 만든다.
	태양전지 어레이(array)란?	하나의 태양전지(셀, cell)를 여러 개 연결한 것을 태양전지 모듈(module)이라고 하고, 일정의 전압과 전류를 얻는데 필요한 수만큼 모듈을 직렬 또는 병렬로 접속하여 배열한 것을 태양전지 어레이(array) 또는 패널(panel)이라고 한다. 전력용 결정 실리콘 태양전지 모듈의 구조는 일반적으로 슈퍼스트레이트(superstrate)로, 빛을 받는 면은 글라스 등의 투명기판을 지지기판으로 하고, 그 아래에 투명한 충진재료와 백 시트(back sheet)를 이용하여 태양전지를 봉입한 후, 주위에 틀을 만든다.
	라미네이트 장비의 역할과 효과는?	모듈의 조립공정은 먼저 태양전지 셀들을 직렬병렬로 접속하고 백색 강화 글라스 상에 EVA 시트, 태양전지 셀, EVA 시트, 백 시트 순으로 쌓은 후, 라미네이트(laminate) 장비에 넣는다. 이 장비는 내부를 진공상태로 하여 가열하는 것으로, 가열에 의해 EVA 시트가 녹아 태양전지가 글라스에 붙게 된다.1) 이렇게 조립된 모듈은 전기전자 기기에서와 유사한 방식으로 수명 예측을 위한 신뢰성 시험을 거치게 된다.

참고문헌 (13)

Economic and Social Research Institute, Cabinet Office, Government of Japan, "？合的な經濟.エネルギ-. 環境分析に資すゐ技術情報のための硏究 (In Japanese), from http://www.esri.go.jp/jp/archive/hou/hou040/hou031.html ()2007).
S. Igari and K. Morita, "Reliability of Photovoltaic Modules" (In Japanese), J. Reliability Engineering Association of Japan, 30(1), 16 (2008).
The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), "高信？性太陽電池モジュ-ル開發.評價コソソ-シアムを設立 " (In Japanese), from http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20091021/pr20091021. html, (2009).
IEC 61215, "Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules -Design qualification and type approval", International Electro-technical Commission, (2005).
C. R. Osterwald and T. J. McMahon, "History of Accelerated and Qualification Testing of Terrestrial Photovoltaic Modules: A Literature Review", Prog. Photovoltaics: Research and Applications, 17(1), 11 (2009).

상세보기
H. Tanaka and K. S. Kim, "Introduction of Reliability Test Technology for Electronics Package" (In Korean), J. Microelectron. Packag. Soc., 19(1), 1 (2012).
Y. Aoki, M. Okamoto, A. Masuda and T. Doi, "Module Performance Degradation with Rapid Thermal-Cycling", Proc. Renewable Energy 2010, Yokohama, Japan, International Solar Energy Society (2010).
Y. Aoki, M. Okamoto, A. Masuda, T. Doi and T. Tanahashi, "Early Failure Detection of Interconnection with Rapid Thermal- Cycling in Photovoltaic Modules", Proc. 2012 NREL PV Module Reliability Workshop, Golden, USA, National Renewable Energy Laboratory (2012).
Y. Aoki, M. Okamoto, A. Masuda, T. Doi, "Performance Degradation of Photovoltaic Modules with Rapid Thermal-Cycling", IEICE Technical Report. R, 110(298), 5 (2010).
K. S. Kim, K. J. Lee, K. Suganuma and S. H. Huh, "Effect of Cl Content on Interface Characteristics of Isotropic Conductive Adhesives/Sn Plating Interface" (In Korean), J. Microelectron. Packag. Soc., 18(3), 33 (2011).
J. H. Wohlgemuth et al., "Long term reliability of photovoltaic modules", Proc. 4th World Conference on PV Energy Conversion, Hawaii, 2050-2053, IEEE Electron Devices Society (USA) (2006).
J.H. Wohlgemuth et al., "Using accelerated tests and field data to predict module reliability and lifetime", Proc. 23rd European PVSEC, Valencia, 2663-2669, (2008).
C.R. Osterwald et al., "Forward-biased thermal cycling: a new module qualification test", Proc. NCPV Program Review Meeting 2000, Denver, 65-66, National Renewable Energy Laboratory (2000).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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